蛋白質(zhì)在我們體內(nèi)幾乎執(zhí)行所有*的過程，蛋白質(zhì)失靈會(huì)導(dǎo)致許多疾病。為了研究蛋白質(zhì)的功能，研究人員將其從細(xì)胞中去除，然后分析其后果。

他們目前通常可以使用的兩種方法是通過CRISPR / Cas進(jìn)行基因組編輯和RNA干擾。它們分別作用于DNA或RNA的水平。但是，它們對蛋白質(zhì)含量的影響是間接的，需要時(shí)間。來自德國和英國的科學(xué)家現(xiàn)在提出了一種稱為Trim-Away的新方法，該方法可以直接，快速地消耗任何細(xì)胞類型的蛋白質(zhì)。由于Trim-Away可以區(qū)分蛋白質(zhì)的不同變體，因此也為疾病的治療開辟了新的場所。

在每個(gè)活細(xì)胞中，有成千上萬種蛋白質(zhì)在起作用。它們的全部組成包括從催化生化反應(yīng)到塑造細(xì)胞表面或發(fā)送和接收信號(hào)的一切。蛋白質(zhì)功能異常會(huì)導(dǎo)致多種疾病，包括癌癥和神經(jīng)變性。因此，對于分子生物學(xué)家來說，了解蛋白質(zhì)如何在其自然環(huán)境(細(xì)胞)中發(fā)揮作用至關(guān)重要。

為了研究蛋白質(zhì)的功能，重要的策略之一是將其從細(xì)胞中去除并研究其對細(xì)胞過程的影響。為了消耗蛋白質(zhì)，研究人員手頭有兩種主要技術(shù)：通過CRISPR / Cas進(jìn)行基因組編輯，以及RNA干擾(RNAi)。通過分別靶向細(xì)胞的DNA或RNA，它們可以有效地關(guān)閉蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。但是，這些方法僅間接影響蛋白質(zhì)含量，并不適用于每種類型的細(xì)胞和蛋白質(zhì)。到目前為止，還沒有可以克服這些限制的普遍適用的技術(shù)。

德國哥廷根馬克斯·普朗克生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家和英國劍橋的MRC分子生物學(xué)MRC實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家現(xiàn)已成功開發(fā)出一種稱為Trim-Away的新方法。“有了Trim-Away，有可能直接靶向幾乎任何類型的細(xì)胞中的任何蛋白質(zhì)，”生物物理化學(xué)MPI主任Melina Schuh說。“使用非常簡單，可以在幾分鐘內(nèi)去除蛋白質(zhì)。這比用基因組編輯或RNAi所能達(dá)到的速度快得多–使用這些技術(shù)，通常要花費(fèi)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天來消耗蛋白質(zhì)。這使細(xì)胞有時(shí)間來開發(fā)補(bǔ)償損失的機(jī)制，有時(shí)會(huì)掩蓋實(shí)際效果。此外，基因組編輯和RNAi不適合研究長壽蛋白或原代細(xì)胞中的蛋白。

利用細(xì)胞蛋白的技能

這項(xiàng)新技術(shù)的核心是一種蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)是在MRC LMB的Leo James實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的：Trim21。Trim21識(shí)別進(jìn)入與病毒連接的細(xì)胞的抗體。它與這些抗體結(jié)合，將抗體-病毒復(fù)合物標(biāo)記為“垃圾”，并將其交給細(xì)胞的“垃圾槽”，即蛋白酶體。Schuh意識(shí)到Trim21的這種能力可能會(huì)幫助她克服研究中遇到的問題：事實(shí)證明，通過基因組編輯或RNAi耗盡卵細(xì)胞中的特定蛋白質(zhì)異常困難，因?yàn)檫@些細(xì)胞中的許多蛋白質(zhì)壽命很長。Schuh現(xiàn)在想將Trim21用作分子工具：她與Clift一起，將卵子抗體引入了針對特定細(xì)胞蛋白的抗體，而不是針對病毒。Trim21識(shí)別了抗體并將抗體結(jié)合的蛋白遞送至蛋白酶體進(jìn)行破壞。在幾分鐘之內(nèi)，蛋白質(zhì)從細(xì)胞中消失了。Trim21重定向到目標(biāo)蛋白是Trim-Away的主要原理。“基本上，Nature的工具箱為我們提供了所需的所有組件。訣竅在于選擇正確的解決方案，然后將它們組合成適合我們目的的系統(tǒng)。” Schuh總結(jié)道。

一個(gè)困難是許多細(xì)胞類型沒有足夠的Trim21量來應(yīng)對去除所有抗體結(jié)合蛋白的任務(wù)。研究人員通過將其他Trim21蛋白與抗體一起傳遞到細(xì)胞中來克服了這個(gè)問題。輕微的“電擊”會(huì)使細(xì)胞吸收蛋白質(zhì)。“十多年前，當(dāng)我們將Trim21鑒定為抗體受體，并隨后證明了它能多么有效地破壞病毒蛋白時(shí)，我們意識(shí)到，如果對細(xì)胞蛋白重新分配任務(wù)，它可能是一個(gè)強(qiáng)大的工具。但是，結(jié)果比我們想象的還要出色。” James說。對于Trim-Away在長壽蛋白質(zhì)和原代細(xì)胞中的適用性也是如此，后者是直接從組織中獲取的細(xì)胞。